Технологии
Как работят слънчевите колектори
Слънчевият колектор е двигателят на горещата вода. Слънчевите системи с вакуумни тръби винаги са били най-ефективните системи за производство на енергия. Въпреки нарастващото търсене на слънчеви колектори, съвременните техники за производство доведе до намаляване на разходите, така че тръбната технология с вакуум предлага най-голяма възвращаемост на инвестициите в сравнение с всяка друга слънчева система.
Принципът на слънчевите вакуумни тръби, е прост. Слънчевата тръба е с вакуумо-подобен дизайн като на термос. Състои се от два слоя стъкло с вакуум между слоевете. Външният слой на слънчевата тръба е изработен от боросиликатно стъкло, което е с много ниско съдържание на желязо и позволява 98% от светлинната енергия да премине през 2-рия вътрешен слой, който също е със специално покритие. Тези покрития и модерната технология са това, което прави тези слънчеви колектори да са с по-дори топлинни параметри от всеки друг колектор на пазара. Специалното селективно покритие променя късовълновата слънчева радиация в дълги топлинни радиационни вълни с почти 94% ефективност и само 6% от слънчевата енергия се губи!
В абсорбера слънчевата радиация се превръща в топлинна енергия, която се прехвърля от топлопреносните газове или течности в тръбата, тези газове (течност) бързо се загряват и се издигат към върха на тръбата. Края на тръбата се загрява значително от вакуумната система за гореща вода, след това се нагрява директно топлопреносната тръба. Термосифонния принцип кара топлата вода да се издига и да отдава температурата си в системата със серпентината, която загрява водосъдържателя (бойлера). Охладената вода, се стича надолу към най-горещата точка на системата и процеса се повтаря.
Как работи слънчевият колектор с heat pipe тръба:
Основният компонент на тези слънчеви колектори е вакуумната heat pipe тръба. Именно там се извършват процесите на изпарение и кондензация, като в горната част на тръбата се получава топлообмен, поради което там е и най-горещата част на слънчевия колектор. Технологията е изключително ефективана и икономически изгодна, поради високият коефициент на усвояване на слънчевата енергия и изключително ниски показатели на топлинни загуби.
ВАКУУМНА ТРЪБА С "HEAT PIPE" ТЕХНОЛОГИЯ - ПРИНЦИП НА ДЕЙСТВИЕ:
- Слънчевата абсорбция: Слънчевата топлинна енергия се абсорбира във вакуумните тръби и се превръща в използваема концентрирана топлина.
- Слънчево топлопредаване: Топлинните тръби са със сърцевини от медни тръби, които са пълни с топлопреносен газ за прехвърляне на топлинна енергия от слънчевата тръба в главната медна тръба.
- Слънчево топлинно съхранение: Термпературното разширение на газа трансферира разтвора (вода или друга течност), от тръбите и се изпомпва в главната медна тръба. Тъй като разтвора циркулира през медната тръба, то температурата се повишава с 5.10 ° C / 18.9 ° F.
Вакуумни тръби: Това е най-ефективният колектор на пазара. Стъклените тръби абсорбират слънчевата термална енергия и я превръщат във вода за къпане, миене и отопление. Тръбите са с двойни стени, площта между вътрешните и външните слоеве на стената са във вакуум. Това действа като термос и спомага да се съхранява топлината във вътрешността на системата и да не се изпарява в атмосферата.
Вакуумните тръби са стъклени тръби, произведени от закалено боросиликатно стъкло. Тръбите са двойни с външен и вътрешен слой. Външния слой е напълно прозрачен, за да позволи слънчевата енергия да премине в тръбата безпрепятствено.
Вътрешният слой се третира със селективно оптично покритие, което осъществява поглъщането на енергията, без разсейване. Вътрешният и външен слой се сливат при високи температури и в края остава малко празно пространство между вътрешните и външните слоеве. Всичкия въздух се изпомпва от пространството между двата слоя (евакуационен процес), за да се създаде термос ефекта, който възспира проводимостта навън и осъществява конвекционалния трансфер на топлината, която иначе би излетяла в атмосферата. Топлинните загуби се намаляват допълнително от ниския излъчвателен характер на типа на стъклото, което е избрано от нас.
Тази система бързо и ефективно трансферира погълнатата топлинна енергия чрез вакуумни тръби и я доставя в сърцевината на колектора, понеже течността кипи в основата на тръбата, и се издига в газообразно състояние. Тъй като топлината от медната тръба на вакуумната тръба се отдава на главната медна тръба, то течността кондензира и натежава, така се връща в основата на топлинната тръба, и процесът се повтаря непрекъснато.
Вакуумните тръби са кръгли, така те служат като пасивен слънчев колектор за проследяване и максимизиране на тяхното изпълнение.
СЛЪНЧЕВ РЕЗЕРВОАР ТОПЛООБМЕННИК
- Клапани и компоненти
- Включен температурен датчик и предпазен клапан.
- Високо ефективен резервоар със съвременен дизайн.
- Високо ефективен нагревателен елемент.
- Удължен живот на резервоара поради специално проектирания вътрешен резервоар, който е устойчив на корозия.
- Медна тръба - топлообменник на топлина.
- Клапан или тръба за входа на студената вода, за да се предотврати смесване с гореща вода.
- Лесно достъпни, контакти, лампи и анодна защита за бързо инсталиране.
- Автоматизиран клапан за контрол на температурата
- Температурна защита от прегряване
- Клапани и компоненти
- Включен температурен датчик и предпазен клапан.
- Високо ефективен резервоар със съвременен дизайн.
- Високо ефективен нагревателен елемент.
- Удължен живот на резервоара поради специално проектирания вътрешен резервоар, който е устойчив на корозия.
- Медна тръба - топлообменник на топлина.
- Клапан или тръба за входа на студената вода, за да се предотврати смесване с гореща вода.
- Лесно достъпни, контакти, лампи и анодна защита за бързо инсталиране.
- Автоматизиран клапан за контрол на температурата
- Температурна защита от прегряване
Слънчевият топлообменник може да бъде инсталиран с резервоар от 80 до 200 литра на слънчевата гореща вода, в зависимост от избрания модел. Обикновено резервоара на топлообменника се свързва със съществуващата водоснабдителна система на клиента.
Когато топлата вода в резервоара, вече е гореща, нагревателните елементи на съществуващия резервоар не трябва да работят. Те могат да се използват когато искаме да имаме топла вода рано сутрин например, при източването на бойлера предходната вечер.
СЛЪНЧЕВА ПОМПЕНА СТАНЦИЯ ИЛИ ПОМПА И КОНТРОЛЕР
Обвързването на колектора и резервоара заедно в система, която се състои от клапани, контролер, и помпа създава една цялостна помпена инсталация за гореща вода, която разполага с модерно управление и механизми на контрол.
Опциите за конфигуриране на системата са достъпни, използвайки предварително конфигурирана станция-помпа (вляво), или дизайн с най-добрите компоненти (вдясно).
Нашите монтажници използват и двата метода, в зависимост от приложението.
ПРЕДИМСТВА:
- Колекторите от този тип отдават топлина в системата не само при пряко слънцегреене, а дори и в облачно и мъгливо време, макар и с малко по-нисък интензитет.
- Възможно е да се монтира на по-ниско ниво от водосъдържателя, защото водата се върти от помпа.
- Независимост при повишаване цената ел. енергията.
- Не задържа сняг и прах.
- Стартирането на топлоотдаващият процес е само 2 мин. след излагането на слънчевата система на слънчеви лъчи.
- Абсорбиращата повърхност обработена с Al-N/Al , поглъща 94% от слънчевите лъчи.
- Дълъг живот на продукта. Повече от 20 години.
- Използват се материали издържащи на ниски температури : до -40 градуса.
- Продукта е устойчив на градушки с дебелина на зърното до 25 мм.
- Системите изработени по тази технология продължават да работят дори и при счупване на някоя от тръбите.
- Теглото на слънчевите колектори е относително ниско.
- Този тип колектори могат да се монтират и без стойка, директно върху покрива на сградата, когато това е възможно.
- Малко разходи при присъеденяване на слънчевият колектор към водната система.
- Много ниски температурни загуби поради добрата изолация на вакуумата среда (вакуума е най-добрият изолатор).
- Ниско ветрово съпротивление.
- Работят ефективно дори и при ориентация, различна от оптималната южна заради кръглата форма на тръбите.
- Колекторният възел поема сравнително малко количество топлоносеща течност, а от там и обема на разширителният съд е по-малък, което понижава цената.
- Малко по-ниска цена на слънчевите колектори heat pipe сравнена с тази на плоските селективни колектори, съобразена с количеството вода за загряване при едните и другите колектори.
- До 4 пъти по-ефективни през зимният период сравнено с плоските колектори.
- Удобни за транспортиране и с лесен монтаж.
Вижте предлаганият от нас "Вакуумен слънчев колектор с технология "Heat Pipe" - Серия MDA(B)"
Как работи слънчев колектор с термосифон
Основните компоненти на слънчевия колектор са водосъдържател (бойлер), изолация, вакуумни тръби, отражатели, допълващ съд с поплавък и силиконови уплътнения. В този тип колектори абсорбатора е самата вода.
Когато слънчевия колектор е изложен на слънце, слънчевата радиация, която попада на колектора, прониква през стъклото и се абсорбира от черната повърхност в тръбите, която се загрява. След това течността, която служи за провеждане на топлината (вода) и се намира в тръбите на абсорбатора, също се загрява и предава енергията на водата в резервоара.
При този модел соларния колектор и водосъдаржателя са свързани в едно цяло. Термосифонният слънчев колектор използва явлението на естествената конвекция, или свойството на горещата вода да се изкачва, и така да циркулира непрекъснато между слънчевия колектор и водосъдаржателя. При нагряване на водата, нейното относително тегло намалява и тя по естествен път се покачва в резервоара. Междувременно охладената под дадена температура вода от резервоара, протича надолу по тръбите на колектора, до най-долната му част. Инсталирането на резервоара от горната страна на колектора прави възможно възникването на явлението на термосифона. Тези системи са надеждни с проста технология и относително евтини. Добавен е електически нагревател 1500 вата с защита за допълнително подгряване на бойлера през зимните месеци или при няколко източвания на водата през лятото и необходимост на топла вода рано сутрин.
ВАКУУМНА ТРЪБА С ДВОЙНА СТЕНА - ПРИНЦИП НА ДЕЙСТВИЕ:
Вакуумните тръби са абсорбатора на енергия за слънчевите бойлери. Те поемат слънчевата енергия и я превръщат в топлинна енергия за използване на топла вода. Вакуумните тръби вече се използват в продължение на години в Германия, Канада, Китай и Великобритания и са доказали своята икономичност и рентабилност. Има няколко вида вакуумни тръби, които се използват при производството на слънчева енергия. Нашите колектори използват "двойна стъклена тръба". Този тип тръба е избран заради неговата надеждност, висока ефективност, производителност и ниски производствени разходи.
Всяка вакуумна тръба се състои от две стъклени тръби, изработени от изключително здраво боросиликатно стъкло. Външната тръба е прозрачна позволява светлинните лъчи да преминават през нея, при минимално отражение. Вътрешната тръба е покрита със специално селективно покритие (Al-N/Al), което се отличава с добро усвояване на слънчева радиация и минимални загуби. В началото тръбите са споени и има въздух, съдържащият се такъв в пространството между два слоя от стъкло се изпомпва, докато се получи вакуум. Използването на тръби с вакуум води до постигането на по-високи работни температури. Самият процес на "евакуация" на газовете, е много важен фактор при изработването и бъдещето функциониране на вакуумните тръби.
Защо вакуум? Както може би знаете, ако сте използвали облицована чаша - термос, вакуума е отличен изолатор. Това е важно, защото след като вакуумните тръби абсорбират радиацията от слънцето и я превръщат в топлина, то ние не искаме да я загубим! Вакуумът помага да се постигне това. Но и изолационните свойства са толкова добри, че докато вътрешната част на тръбата може да е 150 ° С / 304 F о, външната тръба може да е студена при допир. Това означава, че вакуумно-тръбните бойлери може да се представят добре, дори в студено време, докато плоски слънчеви колектори работят лошо, поради голямата загуба на топлина.
За да се поддържа вакуум между двата стъклени пласта, се използва барий (също като в телевизионните тръби). По време на производството на вакуумни тръби, те са изложени на високи температури, което води до това дъното на вакуумни тръби да бъдат покрити с чист слой от барий. Този бариев слой активно поглъща всяка CO, CO2, N2, O2, H2O и H2 молекула от вакуумни тръби по време на съхранението и експлоатацията, като така спомага за поддържането на вакуума. Бариевият слой остава ясен визуален индикатор за наличието на вакуум в тръбата (това се вижда с просто око, ако вакуума е изгубен тръбата е по-бяла на цвят). Сребърният бариев слой става бял, при досег с кислорода от въздуха. Така лесно се определя дали тръбата е в добро състояние. Виж снимката по-долу.
НА СНИМКАТА С ДВЕТЕ ТРЪБИ (ЛЯВА-ЗДРАВА ТРЪБА) (ДЯСНА- ТРЪБА С НАРУШЕН ВАКУУМ)
Вътрешният слой на тръбата се третира със селективно оптично покритие, което осъществява поглъщането на енергията, без разсейване. Вътрешният и външен слой се сливат при високи температури, а в края остава празно пространство между вътрешните и външните слоеве. Всичкия въздух се изпомпва от пространството между двата слоя и се създава термос-ефекта, който спира проводимостта и трансфера на топлината, към атмосферата. Топлинните загуби се намаляват допълнително и от ниския излъчвателен характер на типа на стъклото, което се използва.
Вакуумните тръби се подреждат успоредно на ъгъла на монтаж в зависимост от географската ширина на вашето местоположение. В Северното полукълбо ориентация е на юг, тръбите могат пасивно да поглъщат топлина от слънцето през целия ден. В Южното полукълбо ориентацията е на север, за да могат да следят слънцето през цялата година.
Ефективността на една система за топла вода с вакуумни тръби и бойлер, зависи от редица фактори, един от които е нивото на радиация, което слънцето изпраща към земята в течение на една година. Ако погледнем картата за разпределение на слънчевата радиация за България ще видим, че при нас се наблюдават благоприятни условия за използването на слънчеви системи, понеже при нас слънчевите дни през годината са около 278 средно за година, а средната годишна температура е около 18 градуса Целзии.
Още, за да научите за средните стойности на слънчева радиация за вашия район щракнете тук.
РЕЗЕРВОАР - ТОПЛООБМЕННИК
За да се осигури добро функциониране на системата за битова гореща вода е необходимо резервоара да бъде над колектора. Ако няма подходяща разлика в нивата се наблюдава загуба на температура от водата в резервоара през нощта. Това се дължи на феномена, наречен обратен поток, т.е. създават се условия, при които течността-топлоносител се движи в абсорбера в обратната посока на тази при нормална работа. Така топла течност се връща към колектора, където изстива. Резервоарът за гореща вода при слъчев колектор, е проектиран така, че работи без налягане. Това го прави напълно безопасен при експлоатация.
Друг важен параметър при проектирането е защитата от корозия. Трябва да се отбележи, че температурата на водата при една слъчева система може да достигне нива от 90oC - 95oC, затова външната и вътрешната стена на резервоара е изработена от неръждаема стомана и е с дебелина 0,5 мм, тип SUS304 , сертифицирана за противотоксинна употреба. Осъществено е изключително добро топлозадържане, осигурено от 50-65 мм изолационен пласт полиуретанова пяна.
Неръждаемата стомана е материала, който се използва за изработка на резервоарите. Този материал сам по себе си е корозо-устойчив, като е използвана стомана от високо качество и е обработена при усъвершестван леярен процес, за да се отстрани напълно риска от ръждясване на резервоара.
ДОПЪЛВАЩ СЪД С ПОПЛАВЪК
Допълващият съд се използва за да се регулира нивото на входящата вода, така че да запълва напълно резервоара и да не позволява препълването му. Регулацията се осъществява от нашите специалисти.
ПРЕДИМСТВА:
- Независимост при повишаване на цената на ел. енергията.
- Няма нужда от помпа, тръби и допълнителни устройства за работата на колектора.
- Целогодишна употреба - работа и през зимата при достатъчна слънчева светлина!
- Материала на стойката и водосъдържателя са от неръждаема стомана, което изключва корозия.
- Вакуумните тръби имат минимум 20 години ефективност.
- Температурата във вакумната тръба изложена на слънце достига 250 градуса Целзий, а запълнена с вода до 100 градуса Целзиий за около 3 часа.
- Системата работи без налягане и е напълно безопасна.
- Водосъдържателя, тръбите и цялостната конструкция издържат на 25 мм градушка.
- Абсорбираща повърхност на колектора поглъща около 93-94% от слънчевите лъчи.
- Системите изработени по тази технология продължават да работят дори и при счупване на някоя от тръбите, ако съответната счупената тръба се затапи.
- Малко разходи при присъеденяване на слънчевият колектор към водната система.
- Много ниски температурни загуби поради добрата изолация на вакуумната среда (вакуума е най-добрият изолатор) и водопреносните тръби на горещата вода.
- Дизайна на колектора спомага за относително добро ветрово съпротивление.
- Работят ефективно дори и при ориентация, различна от оптималната южна заради кръглата форма на тръбите.
- До 2 пъти по-ефективни през зимният период сравнено с плоските колектори.
- Не задържа сняг и прах.
- Изключително лесен монтаж.
ПРЕДИМСТВАТА НА КРЪГЛИТЕ ВАКУУМНИ ТРЪБИ СПРЯМО ПЛОСКИТЕ ПАНЕЛИ:
ПРОСЛЕДЯВАНЕ НА ПАСИВНАТА СЛЪНЧЕВА ЕНЕРГИЯ
Максималният размер на поглъщащата зона, непосредствено откъм слънцето отразява чувствителността на слънчевия колектор, това зависи и от изпълнението на монтажа. Благодарение на кръглия си дизайн, слънчевите панели с вакуумни тръби на колектора са в състояние да осъществяват пасивно проследяване на слънцето, което означава, че те винаги са насочени директно срещу слънцето и могат да абсорбират слънчевата термална енергия равномерно през целия ден.
Това е важно, особено ако произведената топлина е необходима през целия ден, без да използвате голяма термична система за съхранение. Вакуумно-тръбните слънчеви колектори са страхотни за всичко, нужда за обикновена топла вода, слънчева енергия за отопление, слънчеви климатици, търговска вода за отопление или при производствени процеси.
Чрез проследяване на слънцето от ранна сутрин до късен следобед, повечето топлина се генерира от колектора във вашия дом, което означава, че вашият съществуващ източник на енергия ще се използва изключително рядко през летния и по-малко през зимния сезон. Това неиминуемо ще доведе до спестяването на доста пари и подпомагането на опазването на ценните невъзобновяеми ресурси.
При плоските колектори, от друга страна, единствено по време на обяд лицето на слънцето е насочено пряко на тях, което намалява тяхната максимална дневна производителност и топлина. Намалява се топлината през периода от сутрин и следобед, така се налага необходимостта от по-голям резервоар, за да се съхрани топлината по дълго време, което не е толкова ефективно приложение.
Не е чудно и това, че системите на тръбите с вакуум бързо се превърнаха в най-предпочитаната система на слънчев колектор, при избора на търговски и частни потребители в целия свят.
ЧЕСТОТА И ЪГЪЛ МОДИФИКАТОР (IAM)
IAM е показател отразяващ различията в резултат от дейността на един слънчев колектор, като ъгъла на светене на слънцето, промени по отношение на повърхността на колектора и др. Соларните панели с вакуумни тръби увеличават ефективността си, сутрин и следобед, когато ъгъла на Слънцето е между 40 и 80 градуса от перпендикулярната ос на колектора. Резултатът е генериране на постоянна топлинна мощност през цялата част на деня.
Когато слънчевата енергия се абсорбира от колектора под ъгъл, различен от перпендикулярния, изпълнението на този колектор променя и измервания IAM фактор, от който се взема ъгъла като основа за изчисляване на фактора. Когато колектора е перпендикулярен на слънцето, максимална стойност 1 се постига, когато на колектора е получена максималния размер на радиация считана за възможна.
В случате с плоски колектори, максимални стойности на IAM фактор се постигат на обяд и в доста по-малко случаи сутрин и следобед. В таблицата в долната част на страницата, ясно се показва това.
На нашите вакуумно-тръбни слънчеви колектори, от друга страна, често се постигат стойности над 1, сутрин и следобед на базата на цилиндричния дизайн, който позволява на панелите да се отрази част от светлината и така да се засили ефективността.
Схемата от ляво е допълнително доказателство за пасивното проследяване на слънцето от слънчеви панели с вакуумни тръби.
В първата снимка (0 градуса), слънцето е пряко (перпендикулярно) на колектора и позволява на колектора да поеме максимално количество слънчева светлина, която е налична. При тръбите слънчева светлина преминава през този колектор и все още произвежда IAM на 1.
В следващата снимка (40 градуса), слънцето е около 2 часа и 40 минути преди / след обяд. В този период слънцето все още е перпендикулярно на колектора, което позволява максимално количество слънчева светлина да се абсорбира и отразява върху съседните тръби, производство на IAM е в стойности по-големи от 1 (пикова производителност).
Тъй като ъгълът на слънцето се увеличава все повече от 40 градуса, вакуумните тръби започват да се припокриват и са изложени на по-малко слънчева радиация. Площта на повърхността на колектора е все още достатъчна за усвояването на слънчева светлина, но в деиствителност е намалена поради припокриването на тръби. Това е минимален ефект върху общата дневна производителност на колектора, защото само малък процент от слънчевата светлина попада извън оптималния ъгъл от 40 градуса (много рано сутрин / много късно следобед). Фактора IAM е близо, но под 1.
В резултат на по ефективния IAM се забелязва приблизително 25% увеличение на производителността на топлинната мощност в сравнение с плоските колектори със същата площ на абсорбера и при същите условия на работа. Показателите на IAM е изключително важно да се вземат в предвид при сравняване на топлинната енергия, произведена от различни типове слънчеви колектори - особено когато се сравняват такива с плоски колектори и вакуумно-тръбни колектори.
Графиката по-долу сравнява IAM на соларни панели с вакуумни тръби и на плоски колектори. Можете да видите, че и двете системи се равняват по средата на деня, но през време сутринта или следобеда на слънчеви панели с вакуумни тръби виждаме много по-добър ъгъл на наклона, а оттам и по-голяма ефективност и производителност.
ПРИНЦИП НА ДЕЙСТВИЕ НА ПЛОСКИТЕ СЛЪНЧЕВИ КОЛЕКТОРИ:
1. Слънчевата светлина преминава през стъклото и удря абсорбера, който започва да се загрява, променяйки светлинната енергия в топлинна. Топлината се прехвърля на течността, която преминава през медните тръби, прикрепени към абсорбатора. Абсорберните плочи са покрити със специално селективно покритие, което поглъща и задържа топлината много по-силно от обикновената черна боя. Плочите са изработени от сплав от мед и алуминий или само от мед, защото тези метали са много добър проводник на топлината. Чист алуминий не се използва, тъй като въпреки по-ниската му цена, той не е толкова добър проводник, колкото медта, а също така е и по-неустойчив на корозия. В районите, където следногодишните температури са по-високи, плоските колектори могат да осигурят по около 4 литра топла вода на 0,09 квадратни метра площ на ден.
2. Съществуват редица конфигурации на тръбите, свързани за абсорбционните плочи:
- Арфа – традиционен дизайн, с долна и горна по-дебела тръба и тънки успоредни тръби, които ги свързват. Тук се използва принципа на термосифона, като нагорещеният топлопреносен флуид започва да се изпарява и се изкачва нагоре по тръбите. Там се предава температурата им на студената вода и по такъв начин се получава затоплянето и в бойлера. Този тип тръбна конфигурация може да се използва както в плоските слънчеви колектори с ниско налягане, така и в тези от активен тип, използващи помпа и контролер.
- Серпентина – представлява един непрекъснат S, като максимизира температурата, не и общия добив на енергия в потока, като може да се използва единствено за малките домакинства.
- Изпълнени с вода абсорбатори, състоящи се от две метални плочи, между които се движи флуида, който предава топлината. Като алтернатива на металните плочи, се използват и полимерни плоскости, които много добре понасят ниските температури и са достатъчно гъвкави, за да не се напукат в студените зимни месеци.
3. Флуидът, използван в колекторите може да бъде антифриз с вода или чиста вода, като водата има по-слабо приложение по разбираеми причини. Тя създава опасност от замръзване на системата и се получават предпоставки за повреди.
